Bi2WO6催化剂的制备及光催化性能的研究

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近年来,运用光催化氧化技术降解染料废水及有机污染物的研究受到科研工作者的广泛关注。Ti02本身作为一种光催化材料,有其独特的优势,但是由于其禁带宽度大(Eg=3.2eV),响应的可见光范围很窄,对太阳能的利用率较低,因而新型、高效、窄带系的可见光催化剂的开发成为光催化领域的研究热点。在众多窄带系的催化剂中,铋系结构的催化剂在可见光范围内有明显的吸收,因而该系列催化剂的开发成为人们研究的重点课题之一。钨酸铋(Bi2WO6)是Aurivillius型具有层状结构最简单的氧化物,自从1999年Kudo报道了Bi2WO6在λ>420nm的可见光照射下具有光催化活性以来,人们逐渐开始研究这一新型的具有独特铋系结构的可见光催化材料在降解污水方面具有的潜在价值。因此本文主要研究制备条件对催化剂光催化特性的影响,并对其进行金属的掺杂改性以进一步提高光催化性能。使用XRD、SEM、BET、DRS、FT-IR等现代表征技术对催化剂晶粒特性、微观结构和表面性质进行了表征,并以模拟废水罗丹明B(RhB)溶液的降解率为考察指标对催化剂的催化性能进行研究,本论文主要研究内容如下:(1)以共沉淀法和水热法制备Bi2WO6催化剂,XRD图谱表明共沉淀法制备的Bi2WO6呈无定型态,水热法制备的样品呈完整的正交晶相,因此文章以水热法制备催化剂。实验研究的单因素分别为水热前驱体pH、水热温度和时间,结果表明:相对于水热反应温度和时间,催化剂前驱体pH对其光催化活性有较大的影响。通过对pH系列的催化剂进行相关的表征分析表明:pH对催化剂的晶粒尺寸、形貌和比表面积等均有较大的影响,在pH=4.5的条件下制备的蓬松插层状形貌的催化剂有较好的结晶度和较大的比表面积,因此具有良好的光催化活性。(2)用上述优化的水热制备条件(pH、温度和时间分别为4.5、160℃和12h)制备金属掺杂量为3.0%的Ni-Bi2WO6、Co-Bi2WO6、Zr-Bi2WO6催化剂,结果表明:Zr、Co掺杂对Bi2WO6光催化活性有一定的促进作用,而Ni的掺杂则有一定的抑制作用。本论文进一步研究了Zr的不同掺杂量的Zr-Bi2WO6,结果表明:Zr的掺杂量对Bi2WO6颗粒特性有较大的影响,当掺杂量为1.0%时,光催化活性较好,在相同时间内,降解率比单一的Bi2WO6提高6.0%,且稳定性较好。(3)以1%Zr-Bi2WO6为催化剂,考察了催化剂用量、溶液初始pH值和浓度等工艺条件对降解率的影响。通过研究其在可见光照射下催化降解RhB溶液动力学规律表明:该降解反应符合拟一级反应动力学,且反应过程的速率常数随着初始溶液浓度的减小而增大。
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